F1赛车前悬架设计任务书及开题报告 - 图文

附件一

毕业设计任务书

设计（论文）题目 F1赛车前悬架设计

学

院名称 机械与汽车工程学院

专 业 （班 级） 车辆工程

姓 名 （学 号） 毛有强

指 导 教 师 张代胜

系（教研室）负责人 卢剑伟

一、毕业设计（论文）的主要内容及要求（任务及背景、工具环境、成果形式、着重培养的能力） 背景：中国汽车工业已处于大国地位，但还不是强国。从制造业大国迈向产业强国已成为中国汽车人的首要目标，而人才的培养是实现产业强国目标的基础保障之一。F1赛车的设计旨在培养学生的设计、制造能力，通过中国大学生方程式汽车大赛这一平台，可以系统学习汽车产品开发流程、汽车设计的基本方法，同时培养团队协作的精神。 任务：根据中国大学生方程式汽车大赛规则，设计满足所需性能的赛车前悬架系统。具体包括调研国内外F1赛车前悬架结构、原理，建立赛车前悬架模型，并进行赛车前悬架主要参数的优化设计，绘制前悬架总成图，翻译相关外文论文。 工具环境：CATIA/UG AutoCAD ADAMS ANSYS HyperWorks Office办公软件等 成果形式：①翻译相关外文文献不少于5000字 ②优化设计说明书一份 ③赛车前悬架总成图一张 能力培养：培养和锻炼学生搜集相关资料，综合运用所学汽车设计知识解决实际问题的能力、提高学生软件应用能力、独立完成赛车前悬架优化设计及相关问题的能力，为从事本专业有关工作打下坚实基础。 二、应收集的资料及主要参考文献 （1）李理光.中国大学生方程式大赛规则(2015)，http://www.formulastudent.com.cn/. （2）张代胜.汽车理论[M].合肥：合肥工业大学出版社 2011.10. （3）余志生.汽车理论（第四版）[M].北京：机械工业出版社，2006. （4）王望予.汽车设计（第四版）[M].北京：机械工业出版社，2005. （5）卢剑伟.汽车构造/下 [M].合肥：合肥工业大学出版社 2011.4. （6）汽车工程手册设计篇. （7）CATIA/UG AutoCAD ADAMS ANSYS HyperWorks Office办公软件等相关书籍. 三、毕业设计（论文）进度计划 起 迄 日 期 1月中旬----2月底 3月1日----3月底 4月1日----4月底 5月1日----5月底 6月1日----6月中旬 工 作 内 容 收集整理资料，外文翻译； 查阅文献，在分析和理解基础上，制定出初步设计方案； 系统建模，计算并进行前悬架优化设计； 修改并完善设计方案，撰写毕业设计说明书，绘制总成图； 整理毕业设计论文，准备答辩。 备 注

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开 题 报 告 （该表格由学生独立完成) 一、课题意义及国内外研究现状综述 1 设计的背景及意义 FASE（Formula SAE）比赛是一项学生方程式赛车赛事，一般情况下由各个国家的汽车工程协会举办，各参赛队伍由在校大学本科生和研究生组成。其概念源于一家虚拟制作工厂，向所有大学生设计团队征集设计制造一辆小型的类似于标准方程式的赛车，要求在12个月的时间内，按照赛事规则进行设计、加工、制造，并使其赛车在加速、制动、操控性方面都有优异的表现并且足够稳定耐久。该车必须成本低廉、易于维修、可靠性好。此外，考虑到市场销售的因素，该车需美观、舒适，零部件也需要有通用性。赛事自创办以来，已经发展37年，到2015年已经举办大学生方程式大赛的国家有：美国、加拿大、德国、英国、奥地利、意大利、西班牙、匈牙利、捷克共和国、巴西、澳大利亚、日本、印度、中国及泰国。越来越多的国家重视这项赛事，同时越来越多的大学生参与到这项赛事并从中有所收获。随着汽车工业驱动技术的不断革新，以混合动力、纯电动汽车为主的大学生方程式赛事同样发展迅猛，势必成为今后的发展趋势。 最早的大学生方程式汽车大赛由国际汽车工程师学会(SAE International)于1978年开办，第一届比赛于1979年在美国休斯顿举行，比赛名为SAE迷你印地车赛(SAE Mini-Indy)，这也是唯一一次以此命名的比赛，参赛的13支队伍中有11支完赛。当时的规则是制作一台5马力的木制赛车，在整车设计方面限制很少，以为给车队最大的设计弹性和自我表达创意和想象力的空间。而这一理念也延续至今。这一赛事挑战了大学生方程式赛车设计团队在FASE参赛赛车的创新、设计、分析、加工制造、装配、试验等能力。通过举办赛事将热爱赛车和汽车的大学生们聚在一起，同时这一平台也给大学生们提供了在创新设计和工程实践方面证明自己的机会，同时这一赛事也为汽车行业及其他相关行业培养和锻炼了一批又一批在理论和实践上都非常优秀的高科技人才。 悬架在赛车操纵稳定性上举足轻重的作用，对于汽车动力学的重要性体现在其运动特性及其对从轮胎传递到底盘的力和力矩的响应。对于方程式赛车的整体设计，悬架性能显然是影响整车操纵稳定性和平顺性的重要因素，故悬架系统的设计对整车设计而言有这举足轻重的地位。采用双横臂独立悬架的车辆具有良好的操纵稳定性和行驶平顺性。双横臂独立悬架的主要特点是当车轮上下跳动时， 可以通过合理选择空间导向杆系的铰接点的位置、控制臂的长度及其布置，使得悬架具有合适的运动特性，并且形成恰当的侧倾中心和纵倾中心， 即可使轮距及车轮定位参数的变化量限定在允许范围内。基于以

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上优点，FSAE 赛车广泛采用双横臂独立悬架。基于赛车设计的双横臂独立悬架可以为车辆悬架系统的结构优化和轻量化设计提供参考。 2 国内外发展现状与趋势 2.1 国外研究现状 FSAE赛事起源于美国，赛事开展比较早，所以对FSAE赛车的研究和分析比较早。现在，国外高校的FSAE赛车队已经积累了很多整车系统和零部件的设计优化经验，掌握的相关技术已经比较成熟。而且赛事发展更加丰富，从燃油赛车发展到燃油、混合动力、燃气和纯电动等多个动力源项目的比赛。 因此，在FSAE赛车悬架设计方面也积累了很多经验。我们可以查询到很多有关方面的论文材料。尤其是在悬架的几何分析、悬架的空间优化、以及利用各种分析软件对悬架的强度和刚度进行分析。在FSAE不断的发展过程中，双横臂独立悬架的好处越来越受到各个车队的认可，同时在能够充分保证赛车的可靠性和经济性的基础上，碳纤维材质的悬架也应用到赛事中来，有效的达到了轻量化的目的。 2.2 国内研究现状 中国大学生方程式汽车大赛（FSC）于2010年中国汽车工程学会联合中国21所大学院校在上海举办了首届大赛。由于起步晚，所以在赛车的设计方面的研究相对较少但是仍可以找到关于赛车悬架设计的资料，其中包括湖南大学、哈尔滨工业大学和华南理工大学及北京理工大学在悬架和轮胎的设计及选型方面做出了很多贡献，给国内车队的发展提供了很大的参考价值。 二、本文的主要内容 基于大学生方程式赛车，调研国内外赛车前悬架结构原理，按照竞赛规则进行前悬架的设计建模，并对设计的悬架进行优化分析。主要工作内容： (1) 调查大学生方程式赛车前悬架设计和优化软件，重点学习Ansys和Adams软件； (2) 搜集并阅读大学生方程式赛车前悬架设计和优化分析的相关文献资料（重点是英文文献），并撰写准确全面的文献综述报告； (3) 熟悉并了解大学生方程式赛车前悬架设计相关资料，提出毕业设计方案的技术路线图； (4) 做好大学生方程式赛车前悬架分析，并与整车系统进行优化匹配，阐述与乘用车独立悬架设计的相关性。

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(5) 撰写毕业设计论文，准备答辩。 三、技术路线图 收集材料及参数 大学生方程式前悬架设计 轮胎和轮辋的定型 合 理 结束 不合理 应力校核 系统建模 悬架参数计算 悬架几何模型的建立 运动学仿真及优化 —4—

四、详细工作计划 项目执行阶段时间节点执行内容计划用时备注知识储备期1月16日~2月20日 通过互联网、图书馆等方式收集F1赛车及前悬架相关资料 对赛车悬架有个大体的认知在此期间完成文献翻译任务、自学Catia绘图软件，熟悉赛事对悬架的设计要求学习和参考各院校的赛车悬架设计，进行初步悬架选型，完成开题工作对选型后的悬架进行初步计算对悬架的计算结果进行分析和整理罗列前悬架的组成零件组成及选用材料5天5天26天15天10天5天5天15天10天10天5天10天15天10天6天开学后应该每个星期向张老师汇报进度原始设计阶段2月21日~3月21日建模分析阶段3月22日~4月30日用Catia绘制前悬架三维模型学习Adams软件，建立运动学模型仿真优化学习Ansys软件对关键零件进行分析根据仿真和分析结果对三维模型进行调整书写毕业设计说明书通过三维模型建立前悬架的工程图对设计说明书和工程制图进行完善工作制作答辩PPT答辩准备修改完善阶段5月1日~5月25日5月26日~6月10日6月中旬答辩准备阶段答辩 五、参考文献

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[1] 李理光.中国大学生方程式大赛规则(2015)，http://www.formulastudent.com.cn/. [2] 王望予.汽车设计（第四版）[M].北京：机械工业出版社，2005. [3] 余志生.汽车理论（第四版）[M].北京：机械工业出版社，2006. [4] 张代胜.汽车理论 [M].合肥：合肥工业大学出版社 2011.10. [5] 卢剑伟.汽车构造/下 [M].合肥：合肥工业大学出版社 2011.4. [6] Milliken，William F,Racing Car vehicle Dynamics,Society of Automotive Engineers. [7] Jawad, B. and Polega, B., \Technical Paper2002-01-3308, 2002. [8] 王军, 赵世明, 陈少杰等. FSAE赛车双横臂独立悬架系统设计[J]. 农业装备与车辆工程,2013,51(8):17-19. DOI:10.3969/j.issn.1673-3142.2013.08.005. [9] 倪俊. FSAE赛车几款常用轮胎纵向力学特性对比[J].汽车工程学报. 2013,3(2):145-150.DOI:10.3969/j.issn.2095-1469.2013.02.11. [10] 蒋永琛. FSAE赛车双横臂前悬架强度校核[J]. 汽车与配件, 2012, (23):44-45. [11] 李军等编. ADAMS实例教程[M]. 北京理工大学出版社, 2002. [12] Mihailidis A, Samaras Z, Nerantzis I, et al. The design of a Formula Student race car: a case study[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part D Journal of Automobile Engineering, 2009, 223(223):805-818. 指导教师评语：（建议填写内容：对学生提出的方案给出评语，明确是否同意开题，提出学生完成上述任务的建议、注意事项等） 指导教师签名： 20 年 月 日 毕业设计过程记录表 （教师填写）

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序号 检查 时间 检查 内容 1.资料 收集 情况 2.开题 报告 完成 情况 3.外文 翻译 完成 情况 1.检查 学生 投入 情况 2.设计 论文 进展 情况 1.总体 任务 完成 是否 过半 2.院系 中期 检查 意见 3.存在 问题 及 采取 措施 1.审查 论文 质量 注意 英文 摘要 部分 2.答辩 前的 准备 情 况 指导教师阶段检查评语 （要指出该阶段存在的问题及解决的方法） 指导教师 签 名 年 月 日 1 3 月 中 旬 2 4 月 上 旬 年 月 日 3 5 月 中 旬 年 月 日 年 月 日 4 6 月 上 旬 备注：指导教师应按要求和时间段及时填写，该表格由学生保管，留在毕业设计（论文）现场随时接受校、院两级督导组检察。

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